Kostfibereffekter på mikrobiomet og mæthed (FEMS)

Kostmønstre med højt fiberindhold er forbundet med en lavere risiko for udvikling af hjertekarsygdomme [1-3], hypertension [4], type 2 diabetes [5] og øget kropsvægt [4]. Potentielle biologiske mekanismer, der kan mediere disse gavnlige sundhedseffekter omfatter en opbremsning af absorptionen af ​​måltidskulhydrat (CHO) [6-11], reduktion i blodlipider [8,12] og en stigning i frigivelsen af ​​mæthedshormoner [10,13 ]. PI har tidligere vist, at sammenlignet med måltider med lavt fiberindhold (LowFi) reducerede måltider med højt fiberindhold (HiFi) blodsukkerkoncentrationen postprandialt med 11 % [14]. En anden potentiel mekanisme er en postuleret rolle for mikrobiel fiberfermentering for at forbedre sundheden gennem produktion af de kortkædede fedtsyrer (SCFA) acetat, propionat og butyrat [15-17]. Ud over at fremme tyktarmens sundhed kan butyratproduktion stimulere frigivelsen af ​​tarmhormonerne, glukagon-lignende peptid-1 GLP-1 og peptid YY (PYY) [18], hvilket resulterer i forbedret appetitregulering [19]. Siden Gordons banebrydende artikel i 2004 [20] har en stor mængde forskning afsløret den afgørende rolle, som tarmmikrober spiller i sundhed. Det er vigtigt, at mange af disse data, inklusive resultater, der understøtter en gavnlig rolle af SCFA [21-23] er afledt af dyreforsøg. Menneskelige undersøgelser er nu nødvendige for at fremme den translationelle betydning af gnaverundersøgelser og den potentielle fordel af fiber på mikrobielle metabolitter og kardiometabolisk sundhed, glukoseregulering, appetit og mæthed. Den nuværende undersøgelse vil bestemme virkningerne af kostfiberindtagelse på appetit, tarmmetabolisme og mikrobiomet. Vi antager, at de mekanismer, hvorved kostfibre giver metaboliske fordele, omfatter direkte fysiske effekter i den øvre mave-tarmkanal (GI) for at bremse næringsoptagelsen og indirekte effekter for at reducere fødeindtagelse medieret af SCFA-induceret sekretion af GI-hormoner, hvilket resulterer i øget mæthed. For at teste denne hypotese vil vi udføre et randomiseret kontrolleret forsøg med 4 ugers HiFi- eller LowFi-diæter i 44 forsøgspersoner (specifikt mål 1, SA1) og også udnytte en screeningkoloskopi til at standardisere baseline mikrobielle populationer i en 3-ugers, præ- og post HiFi interventionsstudie i 26 forsøgspersoner (SA2) med metabolisk syndrom. Vi vil vurdere diæternes effekt på appetit og mæthed, kardiometabolisk risiko og tarmmetabolisme i begyndelsen og i slutningen af ​​fodringsinterventionerne. Den valgte fiber er afledt af ærter, da nyere data tyder på, at bælgfrugter signifikant forbedrer glykæmi [6,24-27], diabetes [28,29], hjertesygdomsrisiko [30] og risiko for fedme [31]. Disse metoder vil blive brugt til at opnå to specifikke mål.

SA1a: Test effekten af ​​en HiFi diæt på appetit og mæthed og om SCFA produktion medierer forbedret mæthed i HiFi fodring. Hypotese (H) 1a: Hos voksne mænd og kvinder vil HiFi (n=22) sammenlignet med LowFi (n=22) diæten signifikant forbedre mæthedsmarkører (GLP-1, PYY, subjektive appetitvurderinger) og lavere aktivering i hjerneregioner, der kontrollerer fødeindtagelse/belønning/appetit, mens aktiveringen øges i eksekutive kontrolregioner under funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI) visuelle fødevaresignaler. Disse ændringer vil være relateret til højere postprandiale SCFA-koncentrationer og ændrede mikrobielle populationer, hvilket fremgår af højere bifidobakterieniveauer og lavt Firmicutes til Bacteroidetes-forhold.

SA1b: Bestem, om en HiFi-diæt forbedrer kardiometabolisk sundhed. H1b: En HiFi diæt vil resultere i lavere glykæmi, blodlipider, blodtryk og taljeomkreds sammenlignet med en LowFi diæt.

SA2: Kvantificer ændringerne i mikrobiel sammensætning og colon SCFA-produktionshastighed (ved hjælp af stabile isotopiske infusionsteknikker) på HiFi diætfodring (n=26), og om eventuelle ændringer er potentielle mediatorer af observerede fordele på mæthed og kardiometaboliske risikofaktorer. H2: En signifikant reduktion af mikrobielle arter vil følge koloskopi-tarmforberedelse, og repopulation efter HiFi vil være karakteriseret ved større bifidobakteriel og lav Firmicutes/Bacteroidetes-forhold. En stigning i SCFA-flux efter HiFi vil være forbundet med forbedringer i mikrobiel sammensætning og postprandiale markører for mæthed og blodtriglycerider og glukoseudsving.

Prøvestørrelse Baseret på vores egne publicerede [14] og upublicerede data, og fra andre [32-35], viste en poweranalyse, at en stikprøvestørrelse på mellem 10 og 20 forsøgspersoner/gruppe er nødvendig for at påvise signifikante forskelle i nøglevariabler ( alfa 0,05) og en styrke på 90 % (15 til 18 forsøgspersoner/gruppe med 80 % styrke). For specifikt mål 1 tilføjer vi 2 fag/gruppe for at tage højde for et 10 % frafald af fag, og for specifikt mål 2 tilføjer vi yderligere 6 fag for at tage højde for 30 % frafald. For specifikt mål 1 44 forsøgspersoner (22/gruppe) og for specifikt mål 2 analyseres 26 forsøgspersoner i et gentagne foranstaltningers design. Vi mener, at enhver kostfibereffekt, der er mindre end tidligere offentliggjorte behandlinger, vil blive afbalanceret af det relative 'rene' udgangspunkt for tyktarmen efter koloskopi (specifikt mål 2) og også af det faktum, at vi leverer alle undersøgelsesmåltider og dermed fuldt ud kontrollerer fagets optagelse

Dataanalyse:

Statistisk analyse vil blive udført med SPSS-software (version 25). Grafiske metoder bruges til at vurdere hensigtsmæssigheden af ​​at antage lineære sammenhænge og histogrammer og sandsynlighedsplot, der bruges til at vurdere normaliteten af ​​residualer. Transformationsmetoder eller ikke-parametriske metoder vil blive anvendt efter behov. Fastende glukose og hormoner koncentrationer vil blive opnået serielt - både akut efter måltider og i fastende tilstand før og efter diæterne. Ændringer over tid (behandlet som en nominel faktor for ikke at antage en lineær tendens) og diæt i mikrobiomets sammensætning vil blive vurderet ved at gruppere i den dominerende bakterielle phyla (dvs. Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria og Tenericutes) og slægten. For SA1 vil en to-faktor ANOVA blive brugt for hvert resultat, hvor faktorerne er Group, Time og Group by Time interaktion. Grupperne er konstrueret via matchet-stikprøve randomisering, så vi forventer sammenlignelighed ved baseline. For SA2 vil en parret prøve t-test blive brugt til at sammenligne resultater af interesse. Resultater vil blive rapporteret som gruppemiddelværdier eller medianer, alt efter hvad der er mest passende for dataene sammen med 95 % konfidensintervaller for den sammenfattende statistik. Analyser af fMRI-data under visuel stimulering udføres ved hjælp af Statistical Parametric Mapping 12-software (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm). Data er forbehandlet, begyndende med skivetiming og genjustering af billederne til middelbilledet. Det anatomiske T1-vægtede billede er co-registreret til det gennemsnitlige funktionelle billede. Normalisering til Montreal Neurological Institute (MNI) rum og Gaussisk rumlig udjævning udføres derefter. For hver deltager (analyser på første niveau) anvendes en generel lineær model for de høj- og lavkaloriske fødevare- og non-food billedbetingelser. For hver tilstand modelleres en separat regressor ved at bruge en kanonisk hæmodynamisk responsfunktion, der inkluderer tidsderivater. Bevægelsesparametre er modelleret som konfoundere. Til analyse på andet niveau bruges en blandet model ANOVA med billedtilstanden inden for faktor (mad med højt kalorieindhold, mad med lavt kalorieindhold, non-food|) og mellemfaktorgruppen (HiFi vs LowFi). A priori regioner af interesse (ROI'er) såsom insula, orbitofrontal cortex, amygdala og præfrontal cortex undersøges for potentielle gruppe-for-fødevare billedinteraktioner (effekten af ​​mest interesse). Helhjerneanalyser udføres også (korrigeret for flere sammenligninger) for at identificere andre potentielle ROI'er.